LTCC, vars fullständiga namn är Low Temperature Co-fired Ceramic, är, som namnet antyder, en teknik som sambränner flerlagers keramiska material med metalliska ledare vid relativt låga temperaturer (vanligtvis under 900 °C). Sedan tekniken utvecklades av Hughes Corporation i USA 1982 har den utvecklats från sin ursprungliga tillämpning i radarchip till att bilda komplexa mikroelektroniska system.
Egenskaper hos LTCC tekniken
Lågtemperatursintring: LTCC använder en sameldningsprocess för keramiska pulver och metallpastor vid temperaturer under 900 °C, vilket minskar produktionskostnaderna och energiförbrukningen.
Flerskiktsintegration: Rå keramisk tejp som framställs genom rull-till-rull-formning genomgår laserborrning, tryckning av ledarpasta och laminerad varmpressning för att bilda elektroniska substrat med inbäddade tredimensionella kretsnätverk. Denna teknik stöder integrationen av flerskiktspassiva komponenter, vilket förbättrar kretsmonteringens densitet och funktionella mångfald.
Mångsidigt materialval: LTCC tekniken passar metalliska elektroder som silver och koppar, med ett brett dielektriskt konstantintervall (4,8 till 70), vilket kombinerar högfrekventa överföringsegenskaper med termisk stabilitet.
Diskontinuerlig produktion: Underlättar kvalitetskontroll av varje lags ledningar och sammankopplingsvägar före slutmontering, vilket förbättrar flerskiktssubstratets avkastning och kvalitet samtidigt som produktionscyklerna förkortas och kostnaderna minskas.
Viktiga fördelar med LTCC tekniken
Överlägsen högfrekvensprestanda: LTCC material uppvisar enastående högfrekvensegenskaper och höghastighetsöverföringskapacitet. Deras keramiska sammansättning erbjuder hög Q-faktor och stabila dielektriska konstanter, som kan anpassas genom formuleringjusteringar för att uppfylla olika kretskrav, vilket förbättrar designflexibiliteten. Dessutom förbättrar användningen av högledande metaller som silver och koppar som ledare kretsystemens kvalitetsfaktor. Detta gör LTCC särskilt effektivt i högfrekventa applikationer såsom mikrovågs- och millimetervågsteknik.
Hög integration och miniatyrisering: LTCC tekniken möjliggör högdensitetsrouting och strukturell design, vilket gör att flera passiva komponenter (såsom motstånd, kondensatorer, induktorer och filter) kan inbäddas i flerskiktssubstrat. Detta ökar kretsmonteringens densitet avsevärt, underlättar multifunktionalitet och minskar elektroniska modulers volym och vikt avsevärt. Den kan också integreras med aktiva enheter för att bilda kompletta kretsystem, vilket etablerar den som den dominerande tekniken för passiv integration.
Hög tillförlitlighet och miljöanpassningsförmåga: LTCC substrat uppvisar utmärkt motståndskraft mot höga temperaturer och stora strömstyrkor, med en värmeledningsförmåga som är överlägsen konventionella kretskort. Detta ger LTCC produkter förlängd livslängd och förbättrad tillförlitlighet, vilket gör dem särskilt lämpliga för tuffa miljöer såsom fordonselektronik, rymd- och militära applikationer. Dessutom matchar deras värmeutvidgningskoefficient den hos kiselchips, vilket minskar termisk stress och förbättrar tillförlitligheten i högdensitetsförpackningar. LTCC erbjuder också utmärkt hermetisk tätning, vilket skyddar interna komponenter från fukt och kemisk korrosion.
Kostnadseffektivitet och produktionseffektivitet: LTCC använder en sintringsprocess vid låg temperatur (vanligtvis under 900 °C), vilket minskar utrustningskraven och möjliggör användning av billigare ledarmaterial som silver och koppar. Den diskontinuerliga produktionsprocessen underlättar kvalitetskontrollen av varje lager före sintring, vilket förbättrar avkastningen för flerskiktssubstrat, förkortar produktionscyklerna och sänker de totala kostnaderna.
Designflexibilitet och mångsidighet: LTCC tekniken möjliggör diversifierad funktionsintegration, såsom inbäddning av passiva komponenter som motstånd, kondensatorer och induktorer. Den möjliggör också skapandet av hålrum med varierande geometri, vilket underlättar högpresterande multifunktionella mikrovågsmoduler. LTCC uppvisar utmärkt kompatibilitet med tunnfilms-flerlagers ledningsteknik; deras kombinerade användning möjliggör hybrid-multichip-enheter med högre packningsdensitet och överlägsen prestanda.
Efterfrågan på LTCC teknik (Low-Temperature Co-fired Ceramic) beror på dess oersättliga fördelar i moderna elektroniska system. Särskilt med tanke på trenderna mot hög frekvens, hög hastighet, hög integration och miniatyrisering blir dess egenskaper avgörande för att övervinna begränsningarna hos traditionella tekniker. Varför behövs den?
1.Det oundvikliga valet för högfrekvent kommunikation
Överlägsen högfrekvensprestanda: Med utvecklingen av tekniker som 5G, 6G och millimetervågskommunikation hoppar signalfrekvenserna till GHz- och till och med THz-nivåer. Konventionella material (som FR-4) uppvisar betydligt ökade förluster vid höga frekvenser, medan LTCC:s dielektricitetskonstant (εr) och förlusttangens (tanδ) kan finjusteras genom materialformulering för att uppnå låg förlust och hög Q-faktor, vilket uppfyller kraven för högfrekvent signalöverföring.
Integrerade filter: LTCC möjliggör inbäddning av passiva komponenter som tredimensionella filter och duplexer, vilket minskar signalvägsförlusterna och förbättrar kommunikationsmodulens prestanda. Till exempel kan filterarrayer i 5G-basstationer som använder LTCC teknik uppnå över 50 % volymminskning samtidigt som insättningsförlusten minskas.
2.Efterfrågan på miniatyrisering och hög densitet
Flerlagers routningskapacitet: LTCC stöder över 10 lager av routning, med mellanlageranslutningar som uppnås via laserborrning. Den vertikala interkonnektionsdensiteten kan nå hundratals via per kvadratmillimeter, vilket vida överstiger traditionell PCB teknik. Detta ökar avsevärt den funktionella integrationen i applikationer med begränsat utrymme, såsom mobiltelefoner och bärbara enheter.
Inbyggd komponentteknik: Passiva komponenter, inklusive motstånd, kondensatorer och induktorer, kan byggas in direkt i LTCC-substrat, vilket minskar antalet ytmonterade komponenter och sparar utrymme. Till exempel uppnår smarttelefonantennmoduler med LTCC en volymminskning på 30 % samtidigt som antennens effektivitet förbättras.
3.Tillförlitlighet och miljöanpassningsförmåga
Hög temperatur- och termisk cykelbeständighet: LTCC substrat uppvisar utmärkt dimensionsstabilitet i temperaturområdet -55 °C till +125 °C. Deras värmeutvidgningskoefficient (CTE) matchar halvledarchips, vilket minimerar fel orsakade av termisk stress. Denna egenskap är avgörande inom fordonselektronik (t.ex. ADAS-sensorer) och rymdapplikationer.
Hermetisk tätning: LTCC möjliggör sambränning med metaller och keramik för att bilda lufttäta kamrar, vilket skyddar interna komponenter från fukt, korrosion och andra miljöfaktorer för att förlänga produktens livslängd. Till exempel uppnår LTCC inkapslade moduler i medicinska implantat en livslängd på över tio år.
4.Balans mellan kostnad och produktionseffektivitet
Lågtemperatur sintringsprocess: Sintringstemperaturer under 900 °C möjliggör kompatibilitet med lågkostnadsledande material som silver och koppar, vilket minskar råvarukostnaderna. Samtidigt minimerar lågtemperaturprocessen energiförbrukningen, förkortar produktionscyklerna och förbättrar tillverkningskapaciteten.
Diskontinuerlig produktion: LTCC stöder lager-för-lager-inspektion, vilket möjliggör tidig upptäckt och korrigering av defekter. Detta ger en avkastningsgrad som är över 20 % högre än traditionell högtemperatur sambränd keramik (HTCC), vilket sänker de totala kostnaderna.
5.Driver konvergens mellan olika teknikområden
Kompatibilitet med tunnfilmsteknik: LTCC integreras med tunnfilmsprocesser för att bilda hybridsubstrat med flera lager, vilket balanserar högfrekvensprestanda med finstegsrouting. I optiska moduler stöder LTCC till exempel höghastighetsoptoelektroniska enheter, medan tunnfilmslager möjliggör mikrometerstora sammankopplingar.
Stöd för System-in-Package (SiP): Som substratmaterial för SiP möjliggör LTCC integration av olika funktionella moduler såsom sensorer, MEMS och IC, vilket driver utvecklingen av miniatyriserade system för IoT och autonoma körningsapplikationer.
Genom att utnyttja sin högfrekventa prestanda, höga integrationsdensitet och miljöanpassningsförmåga uppfyller LTCC tekniken effektivt kraven på miniatyriserade, högpresterande elektroniska komponenter inom sektorer som 5G-kommunikation och fordonselektronik. Med kontinuerlig optimering av material och processer kommer dess tillämpningsområde att utvidgas ytterligare och ge stabilt stöd för tillförlitlig drift och funktionell integration av elektroniska system. LTCC är på väg att bli en viktig drivkraft för att främja tekniska uppgraderingar inom hela branschen.
